Состав для газовой нитроцементации стальных изделий Советский патент 1985 года по МПК C23C8/32 

1

Изобретение относится к металлур гни, в частности к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть примен- но в качестве состава для нитроцементации деталей в продуктах его пиролиза.

Известен состав на основе триэтаноламина для газовой нитроцементации ij , содержащий следующие компоненты, вес.%:

Уксуснокислый аммо-

НИИ 2,5-6,0

аммо3-10

ни0,5-1,2

1-12 Остальное

Недостатком данного состава является образование смолистых отложений при разложении триэтаноламина в интервале температур 200300 С, затрудняющих насьщение металла азотом и углеродом. Это значительно усложняет технологию ведения процесса нитроцементации и отрицательно сказывается на качестве упрочненного слоя.

Наиболее близким к предлагаемому по техническчэй сущности и достигаемому эффекту является состав для газовой нитроцементации, состоящий из водного раствора карбамида в триэтаноламине при соотношении от 1:2 до 1:1. Концентрация карбамида в растворе составляет 2,00 - 1500 г на 1 л воды.

Этот состав сравнительно жидкотекуч, уменьшает саже- и смолообразование триэтаноламина и обладает повьшенной цианирующей способностью 2 .

Недостатком данного состава является сохранение саже- и смолообразования при разложении триэтаноламина, что затрудняет насьщение металла азотом и углеродом, снижает активность насьпцающей среды и ухудшает технологические свойства состава.

Цель изобретения - повышение насьш1ающей способности и улучшение технологических свойств состава.

Поставленная цель достигается тем, что состав для газовой нитро11425242

цементации стальных изделий, содержащий карбамид и воду, дополнительно содержит гипосульфит натрия при следующем соотношении компонентов, с вес.%:

нат8-169-27 Остальное

Приготовленный раствор, состоящий из воды питьевой ГОСТ 2874-73, карбамида марки Б ГОСТ 2081-75 J5 и гипосульфита натрия ГОСТ 244-76, подогревают и специальной капельнице до 80-90 С и периодически подают .в виде капель в реакционное пространство печи при температуре печи 540-620°С. При зтом имеет место процесс пиролиза карбамида-и разложение гипосульфита натрия.. Наличие в атмосфере печи продуктов пиролиза карбамида и гипосульфита нат5 рия исключает саже- и смолообразование и обеспечивает интенсивное насыщение обрабатываемого металла азотом, углеродом и серой.

Введение в состав гипосульфита натрия значительно повышает его технологические свойства, так раствор без гипосульфита натрия начинает кристаллизоваться при 80 С, что резко снижает его жидкотекучесть и ухудщает равномерную подачу в реакционное пространство печи. При содержании гипосульфита натрия признаки кристаллизации раствора появляются только при 60°С. Кроме того, при охлаждении раствора без гипосульфита натрия образуется твердая губчатая масса, увеличенная в объеме в сравнении с жидким состоянием. Это усложняет хранение и дальнейшее использование приготовленного состава, ,так как требуется специальная тара для его хранения, а губчатое строение значительно затрудняет его разогреваниедо рабочего состояния. Полное растворение состава происходит при температуре вьш1е 95 С.Причем разогрев сопровождаетСЯ интенсивным испарением воды и изменением состава.

Предлагаемый состав с гипосульфитом натрия в процессе кристаллизации не увеличивается в объеме, представляет собой монолит и легко

3

разогревается до рабочего состояния при 70°С.

После повторного разогрева соста также обладает высркой жидкотекучестью и пригоден для нитроцементации.

Пример . Образцы размером 10-Ю-40 мм, изготовленные из стали 38ХМЮА, подвергались нитроцементации в продуктах пиролиза карбюризатора предлагаемого состава. Перед загрузкой в реторту печи образцы обезжиривались в бензине.

В подогреваемый бачок, смонтированный с капельницей, загружали, вес.%: гипосульфит натрия 16, карбамид 67; вода 17 нагревали до 80°С. В дальнейшем зта температура раствора автоматически поддерживалась на всем протяжении процесса.

При достижении температуры печи порядка 400 С начинали вводить подогретьй раствор в реторту печи со скоростью 30-40 кап/мин. Время отсчета начала вьщержки фиксиро425244

валось по достижению температуры печи 540°С.

При этой температуре образцы выдерживались 2ч. Давление газов 5 в реторте 30-70 мм вод,ст. После вьщержки нагреватели печи отключались, образцы из реторты извлекались при температуре печи 200 С. Результаты насыщения оценивались

10 по строению, глубине и микротвердости диффузионного слоя. С этой целью использовались оптический спектрограф ИСП-28, микротвердомер ПМТ-3 и микроскоп МИМ-8.

15 Аналогичным образом были приготовлены пять различных составов и проведены сравнительные испытания образованного слоя на образцах в сравнении с известным составом

20 по прототипу.

В таблице представлены результаты сравнительных испытаний предлагаемого и известного составов.

СОСТАВ ДЛЯ ГАЗОВОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ-, содержащий карбамид и воду, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности и улучшения его технологических свойств, он дополнительно содержит гипосульфит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: 8-16 . Гипосульфит натрия 9-27 Вода Карбамид Остальное

Триэтаноламин

)

Карбамид (NH )СО

Вода Н20

Гипосульфит натрия

Глубина карбонитридного слоя, мкм

Общая глубина слоя, мм

Температура плавления, с

Периодичность очистки отводящих трубопроводов печи от сажи азотирования и смолистых веществ, ч Относительное изменение объема карбюризатора при охлаждении до комнатной температуры по отношению к объему расплава

65

70

75 78

18 12

27 8

95 16 17

9 10

12 11 0,48 0,55

0,54 0,49 62 60

60 60

12

10 10

1 1

Сравнительный анализ показал, что оптимальное содержание гипосульфита натрия составляет 8-16 вес.%, так как содержание менее 8 и более 16% приводит к снижению глубины диффузионного слоя.

Таким образом, использование предлагаемого карбюризатора упрощает технологию нитроцементации и интенсифицирует процесс в целом.

Результаты металлографических исследований свидетельствуют о том, что диффузионный слой, полученный в продуктах пиролиза известного состава, состоит из карбонитридной зоны и зоны диффузии азота с микротвердостью соответственно 948010300 и 4580-5680 МПа.

Строение структуры слоя, полученного в продуктах пиролиза предла

гаемого состава, отличается наличием над карбонитридной зоной сульфидной, состоящей преимущественно из сульфидов железа. Микротвердость этой зоны - 2850-3800 МПа, карбонитридной - 10390-12280 МПа, а зоны диффузии азота 5560-6410 МПа.

Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав обладает высокой насыщающей способностью. Диффузионные слои отличаются повыщенной глубиной и твердостью. Кроме того, наличие на поверхности более мягкого тонкого слоя сульфидов железа способствует хорошей прирабатываемости и увеличению срока службы сопряженных трущихся деталей.